[發(fā)明專利]一種模塊化多電平變換器的環(huán)流抑制方法

有效

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• 申請日: 2019-06-24
• 公開（公告）號: CN110212798B
• 公開（公告）日: 2020-12-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 薛花;王育飛;潘哲曉;楊興武;張宇華;田廣平
• 申請（專利權(quán)）人: 上海電力學(xué)院
• 主分類號: H02M7/483
• 分類號: H02M7/483
• 代理公司: 上海科盛知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 趙繼明

本發(fā)明涉及一種模塊化多電平變換器的環(huán)流抑制方法，包括以下步驟：S1、根據(jù)MMC的單相等效電路，并基于正定二次型能量函數(shù)，得到MMC環(huán)流的PCHD模型；S2、構(gòu)建基于PCHD模型的MMC環(huán)流抑制無源控制器；S3、將環(huán)流的二倍頻實(shí)際值與參考值輸入MMC環(huán)流抑制無源控制器，以輸出環(huán)流電壓補(bǔ)償量；S4、對環(huán)流電壓補(bǔ)償量進(jìn)行載波移相調(diào)制，通過調(diào)制波控制MMC各相橋臂子模塊中IGBT的工作狀態(tài)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明基于PCHD模型和無源控制理論，從能量角度出發(fā)，通過能量函數(shù)整形和控制修正系統(tǒng)性能，有效確保MMC環(huán)流系統(tǒng)的漸進(jìn)穩(wěn)定性，控制律形式簡單、魯棒性強(qiáng)，環(huán)流抑制效果明顯，易于解決工程實(shí)際問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及模塊化多電平變換器控制領(lǐng)域，尤其是涉及一種模塊化多電平變換器的環(huán)流抑制方法。

背景技術(shù)

模塊化多電平變換器(Modular multilevel converter，MMC)憑借其諧波含量少、開關(guān)損耗低、故障穿越能力強(qiáng)、便于模塊化擴(kuò)容和工業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于大規(guī)模可再生能源并網(wǎng)領(lǐng)域。以三相系統(tǒng)為例，如圖1所示，MMC的每一相包括上下兩個橋臂，每個橋臂由N個相同的子模塊sm級聯(lián)構(gòu)成，且每個橋臂均串聯(lián)一個橋臂電感L_m和橋臂電阻R_m，子模塊sm包括兩個IGBT(S₁、S₂)和兩個反并聯(lián)二極管(D₁、D₂)以及一個電容C。通過脈沖信號控制兩個IGBT的導(dǎo)通與關(guān)斷，可實(shí)現(xiàn)子模塊sm的輸出電壓在U_c與0之間進(jìn)行切換。由于各個子模塊的切入切出，使得子模塊的電容電壓難以達(dá)到完全均衡，引起橋臂之間電壓不均衡，進(jìn)而在MMC三相間形成環(huán)流，環(huán)流的存在會使得橋臂的電流峰值和有效值增大，最終影響系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，因此需要對MMC的環(huán)流進(jìn)行抑制。

傳統(tǒng)的MMC環(huán)流抑制方法通常采用線性控制方法，其未改變MMC非線性系統(tǒng)的本質(zhì)，尤其當(dāng)MMC并網(wǎng)存在內(nèi)外擾動時，線性控制的抗擾性和魯棒性欠佳；現(xiàn)有的環(huán)流抑制非線性控制方法雖能取得較好的信號控制效果，但其計算過程復(fù)雜，且沒有著力解決系統(tǒng)內(nèi)部損耗過大的問題，在能量優(yōu)化方面尚有不足，不利于解決工程實(shí)際問題。

基于端口受控耗散哈密爾頓(port-controlled Hamiltonian withdissipation,PCHD)模型的無源控制方法是一種基于系統(tǒng)能量耗散性的新興非線性魯棒控制理論，能夠更方便的進(jìn)行能量成型和阻尼注入，因此，本發(fā)明將基于PCHD模型的無源控制方法應(yīng)用到MMC環(huán)流抑制，以得到一種既有較好的魯棒性能又無需復(fù)雜算法且便于工程應(yīng)用的MMC環(huán)流抑制方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種模塊化多電平變換器的環(huán)流抑制方法。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：一種模塊化多電平變換器的環(huán)流抑制方法，包括以下步驟：

S1、根據(jù)MMC的單相等效電路，并基于正定二次型能量函數(shù)，得到MMC環(huán)流的PCHD模型；

S2、采用無源控制理論，構(gòu)建基于PCHD模型的MMC環(huán)流抑制無源控制器；

S3、將環(huán)流的二倍頻實(shí)際值與參考值輸入MMC環(huán)流抑制無源控制器，以輸出環(huán)流電壓補(bǔ)償量；

S4、對環(huán)流電壓補(bǔ)償量進(jìn)行載波移相調(diào)制，以生成調(diào)制波，通過調(diào)制波控制MMC各相橋臂子模塊中IGBT的工作狀態(tài)。

進(jìn)一步的，所述步驟S1具體包括以下步驟：

S11、根據(jù)MMC的單相等效電路，得到dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的環(huán)流動態(tài)方程；

S12、分別選取狀態(tài)變量、輸入和輸出變量，并基于正定二次型能量函數(shù)，對環(huán)流動態(tài)方程進(jìn)行等效變換，得到MMC環(huán)流的PCHD模型。

進(jìn)一步的，所述步驟S11中環(huán)流動態(tài)方程具體為：